Пожалуй, любому взрослому человеку, хоть иногда выезжающему за пределы городской черты, полезно было бы уметь обращаться с компасом

Вид материала

Документы

Содержание История создания Принцип действия История создания Принцип действия История создания

Подобный материал:

• Человеку свойственно чего-то бояться. Аребенку тем более: ведь его окружает такой огромный, 282.42kb.
• Ф. М. Достоевского «Преступление и наказание» «Ведь надобно же, чтобы всякому человеку, 43.24kb.
• Тест. Ни дня без секса или снов о нем Здоровый сон удлиняет жизнь и сокращает рабочий, 5699.1kb.
• Как основная форма реализации принципа состязательности, 465.52kb.
• Н. В. Гончаренко Вдохновение и интуиция Вдохновение не является прерогативой творческих, 396.61kb.
• «акцентуированных личностей», 94kb.
• «Проблема донорства в России», 205.82kb.
• Перестройка Вгазете «Рабочая трибуна», 1139.58kb.
• Детские страхи: причины возникновения и методы преодоления, 86.24kb.
• Первую доврачебную помощь пораженному человеку током должен уметь оказывать каждый, 21.18kb.

Содержание

1 Магнитный компас

1. История создания
   
2. Устройство
   
3. Принцип действия
   

2 Гирокомпас

1. История создания
   
2. Устройство
   
3. Принцип действия
   

3 Электронный компас

1. История создания
   
2. Устройство
   
3. Принцип действия
   

4 Ориентирование на местности





_Компас

Пожалуй, любому взрослому человеку, хоть иногда выезжающему за пределы городской черты, полезно было бы уметь обращаться с компасом. Так же как и иметь, например, минимум знаний по географии и астрономии. Иначе это все равно, что не знать количество и расположение комнат в своей квартире. Если меч может понадобиться однажды, его нужно носить с собой всю жизнь — примерно так гласит восточная мудрость. В данном случае это тем проще, что ведь знания не носить за плечами.

Сущность действия компаса не в том, что он показывает направление на север, а в том, что он дает нам драгоценную возможность относительно направления на север измерять углы на местности и производить некоторые другие измерения. Ради одного лишь направления на север не нужно было создавать компас, достаточно было бы Полярной звезды ночью, и мха на стволах деревьев днем.

(в профессиональной речи моряков:) — это устройство,

облегчающее ориентирование на местности. Существуют три принципиально различных вида компаса: магнитный компас, гирокомпас и электронный компас.

Компас, который предполагают использовать в полевых условиях, должен обладать рядом необходимых свойств. Вообще магнитный компас представляет собой коробку, в которой на специальной игле свободно вращается магнитная стрелка. По радиусу вращения стрелки установлен

диск лимб с делениями. В самом простом и наиболее распространенном варианте лимб размечен в градусах, от 0 до 360. Цена малого деления чаще всего 5 градусов. Однако это не единственный вариант разметки лимба. Компасы, используемые военными, никогда не имеют одной градусной шкалы, хотя и градусная шкала в них никогда не отсутствует. Вторая шкала размечена в специальных единицах: в "тысячных" — у нас, и в "милах" (не милях) — у них, с отсчетом в противоположную градусной шкале сторону.

Тысячные и милы развивают один и тот же принцип измерения углов на местности, но единицы по-разному округлены. Здесь цифра 6 связана с числом "Пи", умноженным на два. Сущность метода заключается в том, что окружность — 360 поля зрения, если мы представим себя находящимися в центре этой окружности — разделена не на 360, а на 6000 единиц (6400 в милах). Линия окружности воображаемо проведена через ту точку, в которой находится наблюдаемый нами из центра окружности предмет.

Таким образом, линия, соединяющая наблюдателя и предмет, является радиусом (R) нашей воображаемой окружности. Из геометрии известно, что радиус в 2 х "Пи" раза меньше длины окружности. В случае с тысячными мы число "Пи" — 3,141592654... — округляем до 3. Тогда, относительно длины окружности, разбитой на 6 частей (длина окружности 1 = 2 х "Пи" х R), радиус R будет равен единице. Для удобства практического использования окружность разбивается не на 6, а на 6000 частей. Тогда одна наблюдаемая часть окружности — поскольку дистанция в 2 х "Пи", а округленно — в 6 раз меньше длины окружности — будет являться по отношению к наблюдателю, находящемуся в ее центре, одной тысячной единицей дистанции от наблюдателя до предмета, или просто тысячной.

Цена деления шкалы тысячных — обычно 50 тысячных. Отсчеты градусной шкалы и шкалы тысячных всегда идут в противоположных направлениях: градусы по часовой стрелке, тысячные — против часовой стрелки. При этом риски не дублируются, одно и то же деление имеет в разных величинах свое значение, например 50 тысячных и 3 градуса, при разбивке на 120 делений. Широко применяемые в военном деле, тысячные и для гражданского человека могут иметь практическое значение. Поскольку таким образом компас, например, может быть сопряжен с обычным полевым биноклем, в котором угломерная сетка размечена в тысячных: малое деление 5 тысячных (0-05), большое 10 (0-10).

Для ориентирования на местности компас нужно расположить в горизонтальной плоскости и, после того как стрелка остановится — повернуть компас так, чтобы северный конец магнитной стрелки (которая, будучи отпущенной, в исправном компасе, покажет на север) — совпал с

нулевым (северным) делением лимба. Это даст нам ту самую окружность, о которой шла речь выше, в миниатюрном виде, точно расположенную относительно северного (магнитного, а не истинного) меридиана, т.е. привязанную к странам света, размеченную в градусах, или в тысячных (или в милах).

Направляя визирную метку, вращающуюся на отдельном основании, на какой-либо предмет, не меняя при этом положения компаса, по лимбу считывают угол между северным направлением и направлением на предмет азимут направления. Точно так же определяется угол между двумя предметами.

Определяя по карте предварительные ориентиры и направления, затем на местности с помощью компаса корректируют движение. Если измерять расстояние пройденного пути между поворотами, в шагах или по времени, на каждом повороте отмечая его угол относительно магнитного меридиана (севера), то перенесенная на карту эта ломаная линия отразит пройденный путь, и при некотором навыке это получится с небольшой погрешностью. Точно так же при необходимости предварительно составляется маршрут движения.

Удобнее компасы жидкостные, в которых игла закреплена не на одной, а в двух точках, и вращается в нейтральной жидкости. Эта жидкость является успокоителем, гасящим колебания магнитной стрелки и стабилизирующим ее положение. В жидкостном компасе стрелка быстрее занимает рабочее положение, т.к. плавно поворачивается и останавливается, не болтаясь в разные стороны во время остановки. Стрелка не смещается от легких сотрясений, неизбежных при удерживании компаса на весу. Кроме того, в некоторых моделях жидкостных компасов магнитная стрелка и лимб с делениями представляют собой единую деталь, чем облегчается работа, т.к. нет необходимости совмещать северный конец стрелки с соответствующим делением лимба. Желательно, чтобы визирные приспособления компаса были достаточно тонкими, а цена деления лимба не более 50, тогда результаты измерений будут точнее. Удобно, когда компас снабжен надежным шнуром, предохраняющим от потери во время движения, наряду с этим полезно для компаса иметь отдельный чехол, например, закрепляемый на поясе. Также желательно, чтобы в устройстве компаса была предусмотрена крышка, в походном положении защищающая стекло от повреждений и потертостей.

Часто компасы имеют фосфоресцирующие отметки основных делений. Плохо от этого не будет в любом случае, но по собственному опыту скажу, что и практическая польза почти равна нулю, возможно, за

исключением крайне редких, особых случаев. Дело в том, что такие метки сами собой не светятся, их нужно подзаряжать освещением какого-либо источника света лампы, фонаря и т.п. Такой зарядки практически хватает на 10-15 мин. работы, причем по видимым при этом меткам, действительно, можно разве что определить направление на север (если производитель позаботился, чтобы северная метка хоть чем-то отличалась от других отметок). Но вряд ли человек успеет заблудиться через 15 минут после выхода из дома, и вряд ли он будет пользоваться компасом в темноте если у него есть фонарь.

Одним из наиболее известных отечественных компасов и наиболее старым образцом, является компас системы Адрианова в круглом черном бакелитовом корпусе, с закрепленными на вращающейся оправке визирным приспособлением (мушкой и прорезью), с ремешком для ношения компаса на запястье или укрепления в планшете (полевой сумке). Компас является простой, рациональной и надежной системой, качественно изготавливался для армии, но морально устарел. Кроме того, его конструкция в позднее время претерпевала ряд упрощений, снизивших общий уровень изделия. Латунный хромированный диск оправки стали делать из светлого полиэтилена, металлическую фурнитуру ремешка стальной, вместо латунной (что опасно для магнитного прибора). А о том, что магнитная стрелка когда-то вращалась не на стеклянной (белой), а на рубиновой (красной) вставке и совсем мало кто помнит.

Цельный пластиковый корпус современных компасов значительно более прочен, чем корпус из колкого бакелита, и нет опасности разбить стекло экрана. Кроме того, в жидкостном компасе капсула с демпфирующей жидкостью и стрелкой герметична, и прибор меньше боится влаги (от которой его, все-таки, желательно оберегать, не взирая на возможные рекламные заявления изготовителей).

Исправность компаса можно проверить, поднеся железный предмет (не магнит! — лезвие ножа и т.п.): стрелка должна повернуться, а после снова вернуться в прежнее положение. Рабочее направление стрелка должна занимать за несколько (5-7) секунд, при смещении компаса удерживая взятое направление. Компас неисправен, если стрелка каждый раз занимает разное положение либо очень медленно ориентируется, или самопроизвольно стопорится на игле.

Магнитный компас История создания

Предположительно, компас был изобретён в Китае за 2000 лет до н.э и использовался для указания направлении движения по пустыням. В Европе изобретение компаса относят к XII—XIII вв., однако устройство его оставалось очень простым - магнитная стрелка, укрепленная на пробке и опущенная в сосуд с водой. В воде пробка со стрелкой ориентировалась нужным образом. В начале XIV в. итальянец Ф. Джойя значительно усовершенствовал компас. Магнитную стрелку он надел на вертикальную шпильку, а к стрелке прикрепил лёгкий круг - катушку, разбитую по окружности на 16 румбов. В XVI в. ввели деление катушки на 32 румба и коробку со стрелкой стали помещать в карданном подвесе, чтобы устранить влияние качки корабля на компас. В XVII в. компас снабдили пеленгатором -вращающейся диаметральной линейкой с визирами на концах, укрепленной своим центром на крышке коробки над стрелкой.

Устройство




1 — корпус, 2 — шкала (лимб), 3 — магнитная стрелка, 4 — визирное приспособление (мушка и целик), 5 — указатель отсчётов, 6 — тормоз

Для примера будет рассмотрен компас Адрианова. Компас Адрианова состоит из корпуса 1, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка 3. При незаторможенном состоянии стрелки ее северный конец устанавливается в направлении на Северный магнитный полюс, а южный — на Южный магнитный полюс. В нерабочем состоянии стрелка закрепляется тормозом 6. Внутри корпуса компаса помещена круговая шкала (лимб) 2, разделенная на 120 делений. Цена одного деления составляет 3°, или 50

малых делений угломера (0-50). Шкала имеет двойную оцифровку. Внутренняя оцифровка нанесена по ходу часовой стрелки от 0 до 360° через 15° (5 делений шкалы). Внешняя оцифровка шкалы нанесена против хода часовой стрелки через 5 больших делений угломера (10 делений шкалы). Для визирования на местные предметы (ориентиры) и снятия отсчетов по шкале компаса на вращающемся кольце компаса закреплено визирное приспособление (мушка и целик) 4 и указатель отсчетов 5.

Принцип действия

Принцип действия компаса основан на взаимодействии магнитного поля постоянных магнитов компаса с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Свободно вращающаяся магнитная стрелка поворачивается вокруг оси, располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля. Таким образом, стрелка всегда указывает одним из концов в направлении линии магнитного поля, которая идет к Северному магнитному полюсу.

Гирокомпас
Гирокомпас — прибор, указывающий направление на земной поверхности; в его состав входит один или несколько гироскопов. Используется почти повсеместно в системах навигации и управления крупных морских судов; в отличие от магнитного компаса его показания связаны с направлением на истинный географический (а не магнитный) Северный полюс. Обычно гирокомпас применяется как опорное навигационное устройство в судовых рулевых системах с ручным или автоматическим управлением, а также при решении различных задач иного рода, например, для определения точного направления при наводке орудия боевого корабля. Морской гирокомпас, как правило, очень тяжел; в некоторых конструкциях вес гироскопического ротора превышает 25 кг. Для нормальной работы гирокомпаса необходимо устойчивое основание, не испытывающее ускорений и фиксированное относительно земной поверхности, причем скорость его перемещения должна быть пренебрежимо мала по сравнению со скоростью суточного вращения Земли на данной широте. Эти условия не соблюдаются на самолете, поэтому применение гирокомпаса ограничено морскими судами.

История создания

Прототип современного гирокомпаса первым создал Г. Аншюц-Кэмпфе (запатентован в 1908), вскоре подобный прибор построил Э. Сперри (запатентован в 1911). В последующие годы разрабатывалось множество гирокомпасов различных модификаций, но наиболее удачные из них принципиально почти не отличались от устройств Аншюца и Сперри. Приборы современной конструкции значительно усовершенствованы по сравнению с первыми моделями; они отличаются высокой точностью и надежностью и удобнее в эксплуатации.

Устройство

Простейший гирокомпас состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости; вес шара с гироскопом таков, что его центр тяжести располагается на оси шара в его нижней части, когда ось вращения гироскопа горизонтальна.

Принцип действия

Предположим, что гирокомпас находится на экваторе, а ось вращения его гироскопа совпадает с направлением запад — восток; она сохраняет свою ориентацию в пространстве в отсутствие воздействия внешних сил. Но Земля вращается, совершая один оборот в сутки. Так как наблюдатель, находящийся рядом, вращается вместе с планетой, он видит, как восточный конец (Е) оси гироскопа поднимается, а западный (W) опускается; при этом центр тяжести шара смещается к востоку и вверх (позиция б). Однако сила земного притяжения препятствует такому смещению центра тяжести, и в результате ее воздействия ось гироскопа поворачивается так, чтобы совпасть с осью суточного вращения Земли, то есть с направлением север — юг (это вращательное движение оси гироскопа под действием внешней силы называется прецессией). Когда ось гироскопа совпадет с направлением север — юг (N — S, позиция в), центр тяжести окажется в нижнем положении на вертикали и причина прецессии исчезнет. Поставив метку «Север» (N) на то место шара, в которое упирается соответствующий конец оси гироскопа, и соотнеся ей шкалу с нужными делениями, получают надежный компас. В реальном гирокомпасе предусмотрены компенсация девиации компаса и поправка на широту места. Действие гирокомпаса зависит от вращения Земли и особенностей взаимодействия ротора гироскопа с его подвесом.


^{Электронный компас}



Электронный компас в системе навигации NAVSTAR

Здесь рассматривается компас, построенный на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Существуют также компасы, использующие в качестве датчика блок магниторезисторов.

История создания

История создания электронного компаса тесно связана с системами спутниковой навигации.

Устройство Принцип действия

Принцип действия такого компаса весьма прост:

1. На основании сигналов со спутников определяются координаты приёмника
   системы спутниковой навигации (и, соответственно, объекта)
   
2. Засекается момент времени, в который было сделано определение координат.
   
3. Выжидается некоторый интервал времени.
   
4. Повторно определяется местоположение объекта.
   
5. На основании координат двух точек и размера временного интервала
   вычисляется вектор скорости движения и из него:
   

• направление движения

• скорость движения
  

6. Осуществляется переход к шагу 2.

Ограничения:

Естественно, если объект не перемещается, направление движения узнать не получится. Исключение составляют достаточно большие объекты (например, самолёты), где есть возможность установить 2 приёмника (например, на концах крыльев). При этом координаты двух точек можно получить сразу, даже если объект неподвижен, и перейти к пункту 5.

Ещё одно ограничение обусловлено точностью определения координат спутниковыми системами позиционирования и влияет, главным образом, на тихоходные объекты (пешеходов).

Ориентирование на местности

Определение направлений на стороны горизонта по компасу выполняется следующим образом. Мушку визирного устройства ставят на нулевое деление шкалы, а компас — в горизонтальное положение. Затем отпускают тормоз магнитной стрелки и поворачивают компас так, чтобы северный ее конец совпал с нулевым отсчетом. После этого, не меняя положения компаса, визированием через целик и мушку замечают удаленный ориентир, который и используется для указания направления на север. Направления на стороны горизонта взаимосвязаны между собой, и, если известно хотя бы одно из них, можно определить остальные. В противоположном направлении по отношению к северу будет юг, справа — восток, а слева — запад.